游離脂肪酸受體4調控能量代謝的途徑與分子機制

任曉瑩，梁向艷，劉媛，李亞，趙玉峰

(1.西安醫學院基礎醫學部基礎醫學研究所，西安 710021；2.西安醫學院附屬第一醫院內分泌科，西安 710077)

游離脂肪酸(free fatty acid，FFA)是機體的重要能量來源，還可作為細胞外信號分子結合細胞膜表面受體激活細胞內信號轉導，調節多種細胞的激素分泌、細胞活性等。FFA受體(free fatty acid receptor，FFAR)4又稱G蛋白偶聯受體120，屬于視紫紅質樣G蛋白偶聯受體，可被C14～18長鏈飽和FFA及C16～22長鏈不飽和FFA激活[1]。FFAR4主要分布于胃腸道內分泌細胞、脂肪細胞和巨噬細胞，通過偶聯的Gαq/11蛋白激活磷脂酶Cβ，進而活化磷脂酰肌醇信號轉導通路，產生二酰甘油和1,4,5-三磷酸肌醇，刺激胞質Ca2+水平升高和蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)活化，進而調控細胞功能[2]。研究表明，FFAR4還可在內吞過程中激活β-抑制蛋白2介導的信號通路，產生相應細胞效應[3]。

與野生型小鼠相比，FFAR4基因敲除小鼠更易發生胰島素抵抗、糖與脂代謝異常、空腹血糖和體脂比例升高[3-5]。FFAR4失功能性基因突變與機體肥胖、空腹血糖升高、胰島功能降低等相關[6]?？梢姡現FAR4參與調控機體物質能量代謝，對FFAR4的研究有助于肥胖等代謝疾病的治療[7]。現對近年來FFAR4調控物質能量代謝的途徑與分子機制研究進展予以綜述，以期為FFAR4參與代謝調控的機制在肥胖等代謝性疾病治療中的應用提供幫助。

1 FFAR4對下丘腦攝食中樞活動影響

下丘腦是調控食欲和維持能量代謝穩態的關鍵區域，位于下丘腦弓狀核的神經肽Y/刺鼠相關蛋白神經元和阿黑皮素原神經元是調控攝食的關鍵。神經肽Y/刺鼠相關蛋白神經元興奮可促進食欲，而阿黑皮素原神經元興奮則抑制食欲[8]。神經元以葡萄糖為主要能源物質，FFA并不是神經元的能量物質。有證據表明，FFA可被下丘腦神經元感知，以代謝依賴性方式和FFAR介導的非代謝方式調節下丘腦神經元活動。FFAR4和FFAR1均可表達于下丘腦[9]。將不飽和FFA喂食小鼠或通過腦室注射均可減輕高脂飼料誘導的下丘腦炎癥反應，并可激活FFAR4與β-抑制蛋白2的結合及其下游信號[10]。目前，尚無FFAR4介導不飽和FFA減輕下丘腦炎癥和調節食物攝入的直接證據，但FFAR4參與了FFA對下丘腦神經元活動的調節。隨后，對大鼠下丘腦源性rHypoE-7細胞的研究發現，FFAR4在大鼠下丘腦源性rHypoE-7細胞表達，其激活后可抑制腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)誘導的細胞炎癥反應[11]。將FFAR4特異性激動劑TUG-1197注射到小鼠腦室后，高脂飲食誘導小鼠下丘腦的炎癥反應明顯減輕，小鼠食物攝入明顯減少[9]?？梢?，高脂飲食刺激下丘腦產生非感染性炎癥后可影響下丘腦神經元活動，改變能量代謝平衡，繼而誘發胰島素抵抗、肥胖和糖尿病，FFAR4激活能夠直接抑制下丘腦的炎癥反應，抑制食欲，進而改變能量代謝平衡。

FFAR4調節下丘腦神經元活動的具體機制尚未闡明。FFAR4在下丘腦何種細胞分布尚無定論，有研究認為，FFAR4表達于神經肽Y/刺鼠相關蛋白神經元[10]；也有文獻報道，FFAR4表達于神經膠質細胞[9]。下丘腦神經細胞種類眾多，全面揭示FFAR4在下丘腦的具體表達細胞是明確下丘腦FFAR4調控作用的關鍵。此外，FFAR4表達水平可隨細胞功能狀態而改變，如FFAR4在前體脂肪細胞不表達，在分化后的脂肪細胞高表達，因此在下丘腦FFAR4作用的研究中，FFAR4表達水平是重要因素之一。同時，FFAR1也表達于下丘腦，FFAR1與FFAR4均可被FFA激活，兩者在下丘腦的作用有待深入研究。

2 FFAR4對胃腸內分泌的調節

胃腸道是營養物質消化吸收的器官，還可分泌多種內分泌激素。胃腸內分泌細胞廣泛分布于胃腸黏膜，具有總體數量大、種類多的特點，可分泌20余種激素，參與調節食物攝入、消化吸收和能量代謝等。多種胃腸內分泌細胞均可表達FFAR4，其激活可改變胃腸激素分泌并調節食欲和能量代謝。FFAR4參與胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)、葡萄糖依賴性促胰島素分泌多肽(glucose-dependent insulinotropic polypeptide，GIP)、膽囊收縮素(cholecystokinin，CCK)、胃促生長素等的分泌。

GLP-1是腸道L細胞分泌的一種肽類激素，可促進胰島素合成，抑制胰高血糖素分泌，延緩胃排空，減少攝食。研究發現，FFAR4表達于L細胞，其激活可促進GLP-1分泌，長鏈FFA與FFAR4結合可激活磷脂酶C和磷脂酰肌醇信號轉導通路，生成1,4,5-三磷酸肌醇，刺激內質網Ca2+釋放，升高胞質Ca2+水平，進而刺激GLP-1分泌[12]。長期進食α-亞麻酸小鼠血漿GLP-1和胰島素水平顯著升高，抑制FFAR4表達，則上述作用顯著減弱，可見FFAR4也參與了GLP-1分泌[13]。FFAR4激活還可保護腸內分泌細胞STC-1細胞對抗無血清培養條件下的細胞凋亡，說明FFAR4可調節細胞活性，與胞外信號調節激酶1/2和磷脂酰肌醇-3-激酶信號通路激活有關[14]。目前，GLP-1類似物已成為臨床用藥，用于肥胖等代謝疾病治療，FFAR4激活可增強GLP-1細胞活性和分泌，為FFAR4激動劑的開發和應用提供依據。

其他胃腸激素分泌也受FFAR4調控。FFAR4激活可促進CCK分泌，CCK由小腸黏膜I細胞分泌，具有促進膽囊收縮和胰酶分泌的作用，還可調節下丘腦攝食調控神經元活動，抑制食欲。長鏈FFA刺激CCK分泌，Ca2+通道阻滯和FFAR4表達抑制可消除此作用，提示FFAR4激活可刺激小腸黏膜I細胞內Ca2+信號并促進CCK分泌[15]。FFAR4還表達于腸黏膜胃腸內分泌K細胞，K細胞合成與分泌GIP，GIP促進餐后胰島素分泌，促進脂肪細胞分化成熟和貯脂[16]。GIP過多與肥胖的發生密切相關。FFAR4激活可直接刺激GIP分泌，在高脂飲食刺激GIP分泌中起關鍵作用[17]。也有研究指出，FFAR4激活后刺激CCK分泌，CCK進而刺激GIP分泌[18]。

此外，FFAR4還表達于胃促生長素細胞[19]。胃促生長素是由胃黏膜中內分泌P/D1細胞合成與分泌的肽類激素，其血液水平在饑餓時升高，在進食后降低。胃促生長素被認為是一種饑餓信號，作用于下丘腦食欲控制中樞，刺激進食；同時，胃促生長素還可直接作用于脂肪細胞，促進脂肪合成，直接作用于生長激素細胞，促進生長激素分泌，具有廣泛的代謝調節作用。對體外原代培養小鼠的胃促生長素細胞進行研究發現，FFAR4激動劑可顯著抑制胃促生長素分泌，FFAR4激動劑的抑制作用存在于整體動物水平[19]。FFAR4抑制胃促生長素分泌被認為與激活Gi蛋白和減少第二信使環腺苷酸產生有關，但具體機制尚有待深入研究[20]。

GLP-1、CCK、GIP和胃促生長素是機體重要的能量代謝調控激素，FFAR4激活可通過影響上述激素的分泌調節能量代謝。GLP-1和CCK作用于下丘腦的攝食中樞，抑制食欲，減少能量攝入，而胃促生長素則作用于下丘腦刺激食欲，促進能量攝入。FFAR4激活后促進GLP-1和CCK分泌，抑制胃促生長素分泌，總體上可產生一定的抑制攝食效應，減少能量攝入。另一方面，GLP-1和CCK作用于脂肪細胞，通過激活脂蛋白脂酶等促進脂肪分解，減少脂肪堆積，胃促生長素則促進脂肪堆積。FFAR4激活后對GLP-1、CCK和胃促生長素分泌的作用有助于促進脂肪分解，減少脂肪生成。

3 FFAR4對脂肪組織代謝的影響

FFAR4在前體脂肪細胞不表達，但可高表達于分化成熟的脂肪細胞。RNA可干擾并抑制小鼠前體脂肪細胞3T3-L1的FFAR4表達，導致前體脂肪細胞分化的抑制，提示FFAR4在脂肪細胞分化成熟中起重要作用[21]。隨后，有研究發現，FFAR4激動劑TUG-891可提高前體脂肪細胞3T3-L1胞質Ca2+水平，并促進葡萄糖攝取[22]。研究指出，FFAR4激活還可促進白色脂肪的解偶聯蛋白1表達，促進其向棕色脂肪轉化，增加熱量產出；另外，FFAR4激活可刺激脂肪細胞分泌成纖維細胞生長因子21，其可進一步增強脂肪細胞的解偶聯作用，促進熱量產生[23-24]。以上研究表明，激活FFAR4可降低血糖，增加能量消耗，有望用于肥胖和2型糖尿病的治療[25]。研究表明，FFAR4激動劑TUG-891可增加小鼠棕色脂肪細胞攝取脂肪酸和促進脂肪酸氧化，增加線粒體分裂和氧消耗，減少脂肪含量，TUG-891的作用主要通過FFAR4激活的磷脂酰肌醇信號通路和胞質Ca2+水平升高有關?？梢姡現FAR4不僅可促進白色脂肪細胞的能量代謝，還可促進棕色脂肪細胞的能量消耗[26]。

脂肪細胞不僅對糖和脂肪代謝十分重要，還具有復雜的內分泌功能，釋放瘦素和脂聯素等激素以及白細胞介素(interleukin，IL)等多種活性因子，通過內分泌方式調節物質能量代謝，并通過自分泌方式調節自身狀態。FFA可通過FFAR4調節內臟脂肪細胞IL-6、TNF-α、IL-10表達[27]。用FFAR4激動劑TUG-891處理小鼠3T3-F442A脂肪細胞發現，FFAR4激活可抑制IL-1、IL-6、IL-12和TNF-α的表達[28]。一方面，炎癥因子可降低脂肪細胞的胰島素敏感性，FFAR4激活可減少脂肪細胞炎癥因子表達，這可能是FFAR4增強脂肪細胞胰島素敏感性的原因之一。另一方面，脂肪組織中的巨噬細胞可釋放細胞因子，以旁分泌方式調節脂肪細胞功能，在肥胖發生過程中，脂肪組織中巨噬細胞的數量增加，炎癥因子釋放增多，導致脂肪細胞對胰島素敏感性降低，并參與機體胰島素抵抗的發生。FFAR4表達于巨噬細胞，并在激活后減少誘導巨噬細胞由促炎 M1型向抑炎M2型的轉變，減少IL-6、TNF-α表達，增加IL-10表達，從而有助于提高胰島素敏感性，改善機體肥胖的代謝狀態[29]。

FFAR4在脂肪組織可通過誘導脂肪細胞分化、增加脂肪細胞棕色化、抑制炎癥因子表達改善物質與能量代謝。但脂肪細胞FFAR4激活產生各種效應的具體分子機制仍有待闡明；不同營養狀態下(如肥胖或饑餓消瘦時)FFAR4激活后的效應變化也需進一步闡明。

4 FFAR4對肝臟代謝的影響

正常肝臟的肝上皮細胞不表達FFAR4，FFAR4表達于肝巨噬細胞(庫普弗細胞)，庫普弗細胞可釋放炎癥因子影響肝上皮細胞，參與脂肪性肝炎等代謝性疾病的發生。有報道稱，庫普弗細胞FFAR4激活可抑制c-Jun氨基端激酶和核因子κB介導的炎癥反應，從而減輕肝臟缺血再灌注損傷[30-31]。FFAR4基因的R270H突變可致其功能下降，R270H突變人群較正常人群丙氨酸轉氨酶水平升高，提示肝臟功能損害[32]。研究表明，二十二碳六烯酸可減輕肝臟脂肪沉積及其誘發的炎癥，與FFAR4信號激活有關[33-34]。靜脈注射富含魚油的脂肪乳可防止腸外營養性肝功能損害，FFAR4基因敲除小鼠的魚油保護作用不復存在，表明FFAR4參與肝臟功能，并減少腸外營養所致損傷[35]。庫普弗細胞FFAR4激活可在肝臟產生抗炎效果，減少肝臟損傷，從而改善代謝。但也有研究發現，蛋氨酸可刺激大鼠肝上皮細胞株WB-F344細胞誘導FFAR4表達，且FFAR4參與蛋氨酸增強的細胞遷移活性，可見，在某種環境下，肝上皮細胞也可表達有功能的FFAR4[36-37]。多不飽和脂肪酸和運動訓練可增加肥胖小鼠肝臟細胞中FFAR4的表達，并增強其信號傳遞，從而產生抗炎效應[38]。

FFAR4激活具有肝臟保護作用，此作用可通過調節庫普弗細胞功能、抑制肝臟炎癥實現，也可通過直接改變肝細胞基因表達實現，但目前FFAR4調節肝臟功能的報道較少。隨著研究的深入，FFAR4在肝臟表達調控機制及其參與肝臟代謝的分子機制將逐漸闡明。

5 FFAR4對飲食偏好的影響

FFAR4表達于人類和嚙齒類等動物的舌味蕾細胞[39]。與野生型小鼠相比，FFAR4基因敲除小鼠對脂肪酸選擇性攝入減少，對脂肪酸刺激的味覺神經反應減弱，提示FFAR4參與機體對營養物質種類的偏好[40]。另有研究指出，FFAR4在小鼠感受飲食脂肪的過程中對小鼠的脂肪偏好無關鍵作用[41]。最新研究發現，FFAR4主要分布于舌前部味蕾細胞，激活后可興奮脂肪酸感受相關神經元，在分辨脂肪酸味覺中具有一定作用[42]。FFAR4基因敲除小鼠脂肪酸引發的感覺神經元興奮閾值顯著提高，表明味蕾細胞FFAR4與脂肪刺激的味覺產生有關[42]。FFAR4很可能與其他脂肪感受分子(CD36等)共同調控小鼠的脂肪偏好，進而調節物質與能量代謝[43]。但味蕾細胞FFAR4激活的信號是否參與中樞神經其他能量代謝相關神經元的活動目前尚不清楚。

6 小 結

代謝性疾病如肥胖、糖尿病、非酒精性脂肪肝等已成為當今社會危害人類健康的主要疾病，深入闡明機體代謝調控分子機制、尋找有效的干預靶點具有重大的社會和經濟價值[44]。FFAR4具有抑制食欲、減輕肥胖、改善機體胰島素抵抗的作用，可在多方面調控機體代謝，是治療肥胖等代謝疾病的靶點分子。目前，FFAR4調控整體代謝的作用、在飽食、饑餓、低脂與高脂等不同營養狀態下的作用及其影響因素仍需進一步深入研究，對FFAR4調控能量代謝與分子機制的研究有助于更加清晰認識FFAR4調控能量代謝的作用，也可為FFAR4相關靶點藥物研發提供理論依據。